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Electrode pour la soudure à l'arc électrique.
Il est connu que, dans la technique, on désire obtenir que les caractéristiques de la matière d'apport de soudure équivaillent le plus possible aux caractéristiques mécaniques des métaux de base dont les éléments soudés sont faits et cela dans le but d'obtenir un ensemble homogène de ces caractéristiques. aussi
Il est/connu que pendant l'exécution des soudures, il se développe des actions thermiques, qui influencent la matière en laquelle le joint de soudure est fait en produi- sant quelquefois des fêlures ainsi qu'en alternant défavo- rablement les caractéristiques mécaniques. Alors que ces dernières peuvent être corrigées au moyen de procédés ther- miques dans des fours convenables, les premières, surtout si elles sont occultes, peuvent donner lieu à des conséquen- ces sérieuses.
D'autre part, il arrive quelquefois que les construc- tions soudées ont des épaisseurs tellement minces, ou des di- mensions tellement grandes, ou des conformations tellement spéciales, qu'il est déoonseillable, industriellement et même techniquement (déformations, etc..) de les introduire dans
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les fours pour le procédé thermique de normalisation.
Ces inconvénients (fêlure-- et altérations mécaniques défavorables) sont surtout fréquents dans le champ des hautes résistances mécaniques à la traction, De ces consj.dé- rations, il résulte la nécessité de pouvoir constituer, au. moyen d'une électrode convenable, le joint de soudure entre deux éléments en matière de haute résistance mécanique à la traction, avec une matière même de haute résistance mécanique à la traction mais insensible aux actions thermiques se développant pendant les opérations de soudure et cela dans le triple but d'éviter des solutions de continui- té très dangereuse;
, d'obtenir un ensemble de caractéristi- ques homogènes (dans le métal de base ainsi que dans le métal d'apport) et d'éviter la nécessité de procédés thermiques successifs de normalisation de la matière formant le joint de soudure (procédés thermiques, qui comme on l'a déjà dit, ne sont pas toujours réalisables). Il est aussi connu que les électrodes pour soudure à l'arc électrique salit en acier, dans lequel, outre le fer et le carbone, d'autres métaux entrent en combinaison et que, puisque ces aciers peuvent être considérés comme constitués par des alliages, des varieations même minimes de certains constituants ont une très grande influence sur leurs caractéristiques,
de sorte que-tandis que l'on admet comme déjà connus des aciers constitués au moins par quelques-uns des constituants tels que ceux qu'on indiquera après-, on observe que l'invention consiste principalement, sinon uniquement, en ce que la constitution de ces électrodes est réalisée de façon à déposer un métal d'apport avec le pourcentage des constituants ayant en particulier la composition revendiquée.
Il est connu aussi que les électrodes peuvent être nues ou revêtues et,en ce dernier cas,les matières constituant le revêtement peuvent avoir seulement un effet de protection ou peuvent, avec l'âme métallique, contribuer pendant et au moyen des opérations de soudure à constituer la matière en la- quelle le métal d'apport est formé.
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Il convient donc de spéçifier que, puisque la pré- sentinvention concerne la composition (dans les constituants et leurs pourcentages) de la matière qui forme le joint de soudure, tous les éléments pouvant la produire doivent être considérés comme protégés, o'est é dire les éléments nus ou revêtus d'une gaine ayant seulement un effet de protection (en ce cas tous les constituants prévus pour la matière qui forme le joint de soudure se trouveront dans l'âme métallique de l'électrode et en de telles proportions qu'on peut considérer comme compensées les évaporations, oxydations et dispersions qui ont lieu pendant la soudure), ou bien ceux,
dont le revêtement avec ses constituants contribue à la formation de la matière en laquelle le métald'apport est fait (et en ce cas les constituants prévus pour la matière formant le joint de soudure se trouveront indifféremment dans l'âme et dans le revêtement de l'électrode et distribués d'une manière quel= conque dans ces éléments, tandis que les pourcentages respectifs, dans lesquels ils se trouvent dans l'âme et dans le revêtement, comprendront des phénomènes cannus d'évaporations, oxydations, dispersions, etc. se passant pen-: dant les opérations de soudure). Comme on l'a indiqué précédement, l'électrode selon l'invention est constituée par un alliage d'acier où, outre le carbone, différents autres constituants sont présents.
De quelques uns d'entre eux on connaît, au moins en,partie, les effets souvent contrastants, par rapport aux deux particularités qu'on désire obtenir pour le métal formant le joint de soudure; les particularités d'autres constituants, qui seront utilisées sont tout-à-fait neuves. En tout cas, l'alliage en lequel est fait le joint de soudure doit être considéré dans l'ensemble des constituants qui le forment et dans leurs pourcentages réciproques.
Un tel alliage est constitué..par un acier contenant, outre le fer et le carbone, du silicium, du manganèse, du
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molybdène, du vanadium et en certains cas aussi du chro- me et éventuellement du titanium.
Si l'on considère les différents constituants de l'alliage dont est fait le joint de soudure, on a : Carbone : il est connu qu'en augmentant le pourcentage, on augmente la résistance mécanique à la traction et l'aptitude à la trempe du métal d'apport et on diminue en même temps l'allongement, la réduction de section et la résistance. En outre, en augmentant, ce pourcentage augmente considérablement, pour le-métal d'apport, l'aptitude aux fêlures par l'effet des actions thermiques de soudure. Il convient donc que ce constituant soit présent dans l'alliage en quantités suffisantes, pour contribuer à la réalisation de la résistance mécanique, à la traction; mais pas trop grandes pour éviter les fêlures et la trempe.
Le pourcentage de carbone, tout en étant le plus bas possible, doit augmenter en augmentant la résistance mécanique à la traction désirée 'pour le métal formant le joint de soudure. Selon l'ir- ventioD, on supposera : C = 0,05% jusqu'à 0,28%.
Chrome : le chrôme, bien que dans une mesure plus petite présente les mêmes inconvénients que le carbone. Bien que le carbone soit plus efficace aux effets de la ré- sistance mécanique qi l'on désire obtenir des résistances très élevées en vue de la soudabilité, il est avan- tageux d'ajouter du cbrome au lieu d'augmenter le pour- cer.tage de carbone. En outre, comme pour le carbone, le chrome doit être tenu le plus bas possible, par rapport à la résistance mécanique à la traction, que le métal d'Expert doit posséder. Selon l'invention, on supposera : Cr = 0% jusqu'à 1,8% .
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Silicium : Le silicium non seulement contribue à l'augmen- tation de la résistance mécanique à la traction, mais il favorise la fluidité du dépôt de métal d'apport. Pour des motifsde soudabilité, le pourcentage doit toutefois être limité à 1% au maximum afin d'éviter des scories difficiles à éliminer.
Selon l'invention, on supposera Si = 0,05% jusqu'à 1%.
Manganèse : le manganèse s'est démontré, jusqu'à un pour- centage de 2,5% au maximum, très utile pour augmenter en même temps les caractéristiques de résistance, mécanique à la traction, d'allongement et de résilience du métal for- mant le joint de soudure : une augmentation de la quantité de manganèse au-delà de 2,5% favoriserait, pour la matière formant lejoint de soudure, la formation d'un grain gros et fragile dû au surchauffage, ce qui est un index de sen- sibilité aux actions thermiques développées pendant les opé- rations de soudure.
Pour le manganèse aussi on obtient que, en augmentant sa teneur, on augmente la résistance mécanique de la matière formant le joint de soudure. Selon l'invention, on supposera Mn = 0,3% jusqu'à 2,5%.
Molybdène : Le.molybdène s'est démontré très utile, en des pourcentages déterminés, pour augmenter la résistance mécani- que et la possibilité de travail à chaud et à froid, sans préjudice des caractéristiques de soudabilité de la matière formant le joint de soudure et il est donc apte, par sa pré- sence, à compenser,dans les effets de la résistance mécani- que à la traction, le pourcentage, le plus bas possible, admis pour le carbone et éventuellement pour le chrôme, Son action est en outre utile même au point de vue de la souda- bilité, étant donné que sa présence contrarie la formation des fêlures à chaud, en particulier pendant le refroidissement qui suit la soudure, en présence des tensions de retrait dues à la soudure.
En outre, le molybdène favorise la formation d'une structure fine et résistante, Si toutefois les pourcen-
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tages de molybdène devaient dépasser 0,6% (ce qui d'autre part n'est pas nécessaire dans le but de l'invention) un plus ou moins haut degré de fragilité de l'acier formant le joint de soudure se présenterait soit par l'effet du. grain trop fin, soit en conséquence de la sensibilité à la trempe que le métal d'apport acquerrait.
Même pour le molybdène, on obtient que, en augmenttant sa teneur, en augmente en correspondance la résis- :tance mécanique à la traction de la matière formant le joint de soudure. Selon l'invention on supposera : MO : 0,06% jusqu'à 0,6%.
Vanadium : Le vanadium augmente plus que tout autre élément, après le carbone, la résistance mécanique à la traction.
Ce constituant s'est démontré apte à donner, bien que dans une mesure plus petite, les mêmes avantages de structure que le molybdène et en plus à favoriser, d'une façon éner- gique, l'inertie thermique en s'opposant aux effets de trempe pour de grandes vitesses de refroidissement, ou en s'opposant aux effets du surchauffage comme conséquence de très petites vitesses de refroidissement, ces inconvénients pouvant se vérifier, bien qu'avec les teneurs spéciales susdites des constituants précédemment, considérés, si le vanadium était absent. On a toutefois observé que si le pourcentage du vanadium, eomme matière formant le joint de soudure dépasse 0,6%, ce phénomène trèssensible de fragilité aurait lieu.
Comme on l'a déjà dit, en augmentant la teneur de vanadium, on augmente en correspondance et d'une façon considérable, la résistance mécanique à la traction de la entière formant le joint de soudure. Selon l'invention, on supposera : Va = de 0,06% jusqu'à 0,6%.
Comme exemple constitutif selon ce qu'on a précédement dit, la composition suivante peut être indiquée :
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C = 0.14% Or == 0,6% Si = 0,2%
Mn = 1,7%
Mo = 0,22%
Va = 0,18%.
On répète que les constituants destinés à substi- tuer l'alliage en lequel le joint de soudure est fait peuvent se trouver tous (en de pourcentages convenables oxydation pour compenser les phénomènes connus d'évaporation,/dis- persion, etc..) dans le fil métallique constituant l'é- léectrode nue, ou bien dans l'âme métallique de l'électro- de si celle-ci est pourvue d'une gaine de protection seu- lement (qui contribue éventuellement à désoxyder et sco- rifier le joint de soudure) ou bien peuvent se trouver en partie dans l'âme métallique de l'électrode revêtue et en partie dans la gaine (dans celle-ci sous la forme con- nue d'alliages de fer, d'oxydes ou semblables) lorsque cette gaine est destinée. à contribuer à la constitution de l'alliage formant le joint de soudure.
Bien que, pour des motifs descriptifs, la pré- sente invention ait été basée sur le texte qui précède, plusieurs modifications et additions peuvent être toute- fois faites dans l'alliage susdit, comme par exemple par l'addition de titanium, dans le pourcentage de 0,06% jus- qu'à 2%, permettant, bien que d'une façon beaucoup plus limitée, les perfectionnements de résistance mécanique à la traction, de structure et de résistance physique due au molybdène et au vanadium; ces modifications et d'autres aussi devant être considérées comme comprises dans l'ob- jet de l'invention.
REVENDICATIONS.
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Electrode for electric arc welding.
It is known that, in the art, it is desired to obtain that the characteristics of the weld filler material correspond as closely as possible to the mechanical characteristics of the base metals from which the welded elements are made and this in order to obtain a set. homogeneous of these characteristics. as well
It is known that during the execution of the welds thermal actions develop which influence the material of which the weld joint is made, sometimes producing cracks as well as unfavorably alternating the mechanical characteristics. While the latter can be corrected by means of thermal processes in suitable furnaces, the former, especially if they are occult, can give rise to serious consequences.
On the other hand, it sometimes happens that welded constructions have thicknesses so thin, or dimensions so large, or conformations so special, that it is deoonable, industrially and even technically (deformations, etc.). ) to introduce them in
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furnaces for the thermal standardization process.
These drawbacks (cracking and unfavorable mechanical alterations) are especially frequent in the field of high mechanical tensile strengths. These consj.dérations result in the need to be able to constitute, at. by means of a suitable electrode, the weld joint between two elements in a material of high tensile strength, with a material even of high tensile strength but insensitive to thermal actions developing during welding operations and that in the threefold aim of avoiding very dangerous solutions of continuity;
, to obtain a set of homogeneous characteristics (in the base metal as well as in the filler metal) and to avoid the need for successive thermal processes for standardizing the material forming the weld joint (thermal processes, which, as we have already said, are not always feasible). It is also known that the electrodes for electric arc welding dirty steel, in which, besides iron and carbon, other metals come in combination and that, since these steels can be considered as constituted by alloys, even minimal variations of certain constituents have a very great influence on their characteristics,
so that-while it is accepted as already known steels constituted at least by some of the constituents such as those which will be indicated below-, it is observed that the invention consists mainly, if not solely, in that the constitution of these electrodes is carried out so as to deposit a filler metal with the percentage of constituents having in particular the claimed composition.
It is also known that the electrodes may be bare or coated and, in the latter case, the materials constituting the coating may only have a protective effect or may, together with the metal core, contribute during and by means of the welding operations. constitute the material from which the filler metal is formed.
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It should therefore be specified that, since the present invention concerns the composition (in the constituents and their percentages) of the material which forms the weld joint, all the elements capable of producing it must be considered as protected, that is to say the bare elements or covered with a sheath having only a protective effect (in this case all the constituents provided for the material which forms the weld joint will be found in the metal core of the electrode and in such proportions that we can consider as compensated the evaporations, oxidations and dispersions which take place during welding), or those,
whose coating with its constituents contributes to the formation of the material from which the filler metal is made (and in this case the constituents provided for the material forming the weld joint will be found indifferently in the core and in the coating of the electrode and distributed in any way in these elements, while the respective percentages, in which they are found in the core and in the coating, will include phenomena cannus of evaporations, oxidations, dispersions, etc. passing during welding operations). As indicated above, the electrode according to the invention consists of a steel alloy in which, in addition to carbon, various other constituents are present.
From some of them we know, at least in part, the often contrasting effects, with respect to the two particularities which one wishes to obtain for the metal forming the weld joint; the peculiarities of other constituents which will be used are completely new. In any case, the alloy in which the weld joint is made must be considered in the set of constituents which form it and in their reciprocal percentages.
Such an alloy is constituted by a steel containing, in addition to iron and carbon, silicon, manganese,
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molybdenum, vanadium and in some cases also chromium and possibly titanium.
If we consider the different constituents of the alloy from which the weld joint is made, we have: Carbon: it is known that by increasing the percentage, we increase the mechanical tensile strength and the ability to quench of the filler metal and at the same time the elongation, the reduction in section and the resistance are reduced. In addition, by increasing, this percentage increases considerably, for the filler metal, the crackability by the effect of thermal welding actions. This constituent should therefore be present in the alloy in sufficient quantities to contribute to the achievement of mechanical strength, to traction; but not too large to avoid cracking and soaking.
The percentage of carbon, while being as low as possible, should increase by increasing the mechanical tensile strength desired for the metal forming the weld joint. According to the inventioD, we will assume: C = 0.05% up to 0.28%.
Chromium: chrome, although to a smaller extent has the same disadvantages as carbon. Although carbon is more efficient to the effects of mechanical strength than it is desired to obtain very high strengths with a view to weldability, it is advantageous to add cbromine instead of increasing the percentage. . carbon stage. In addition, as with carbon, the chromium should be kept as low as possible, relative to the mechanical tensile strength, that the Expert metal should have. According to the invention, it will be assumed: Cr = 0% up to 1.8%.
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Silicon: Silicon not only contributes to an increase in mechanical tensile strength, but it also promotes the fluidity of the filler metal deposit. For weldability reasons, however, the percentage must be limited to a maximum of 1% in order to avoid slag which is difficult to remove.
According to the invention, we will assume Si = 0.05% up to 1%.
Manganese: up to a maximum percentage of 2.5%, manganese has been shown to be very useful in simultaneously increasing the characteristics of strength, tensile mechanics, elongation and resilience of the metal for - mant the solder joint: an increase in the quantity of manganese beyond 2.5% would promote, for the material forming the solder joint, the formation of a large and fragile grain due to overheating, which is an index of sensitivity to thermal actions developed during welding operations.
For manganese too, it is obtained that, by increasing its content, the mechanical resistance of the material forming the solder joint is increased. According to the invention, we will assume Mn = 0.3% up to 2.5%.
Molybdenum: Molybdenum has been shown to be very useful, in determined percentages, for increasing the mechanical resistance and the possibility of hot and cold working, without prejudice to the weldability characteristics of the material forming the weld joint and it is therefore able, by its presence, to compensate, in the effects of mechanical tensile strength, the percentage, as low as possible, admitted for carbon and possibly for the chrome. Its action is also useful even from the point of view of flexibility, since its presence counteracts the formation of hot cracks, in particular during the cooling which follows the welding, in the presence of the shrinkage stresses due to the welding.
In addition, molybdenum promotes the formation of a fine and resistant structure, although the percentages
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tages of molybdenum had to exceed 0.6% (which on the other hand is not necessary for the purpose of the invention) a more or less high degree of brittleness of the steel forming the weld joint would occur either by the effect of. too fine grain, or as a consequence of the sensitivity to quenching that the filler metal would acquire.
Even for molybdenum, it is obtained that, by increasing its content, correspondingly increases the mechanical tensile strength of the material forming the solder joint. According to the invention, the following will be assumed: MO: 0.06% up to 0.6%.
Vanadium: Vanadium increases mechanical tensile strength more than any other element after carbon.
This constituent has been shown to be able to give, although to a smaller extent, the same structural advantages as molybdenum and in addition to favor, in an energetic way, thermal inertia by opposing the effects. quenching for high cooling rates, or by opposing the effects of overheating as a consequence of very low cooling rates, these drawbacks being able to occur, although with the aforementioned special contents of the constituents previously considered, if the vanadium was absent. It has however been observed that if the percentage of vanadium, the material forming the solder joint exceeds 0.6%, this very sensitive phenomenon of brittleness would take place.
As has already been said, by increasing the content of vanadium, correspondingly and considerably, the mechanical tensile strength of the whole forming the solder joint is increased. According to the invention, it will be assumed: Va = from 0.06% up to 0.6%.
As a constitutive example according to what has been said previously, the following composition can be indicated:
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C = 0.14% Gold == 0.6% Si = 0.2%
Mn = 1.7%
Mo = 0.22%
Va = 0.18%.
It is repeated that the constituents intended to substitute for the alloy in which the solder joint is made can be found all (in suitable percentages oxidation to compensate for the known phenomena of evaporation, / dispersion, etc.) in the metal wire constituting the bare electrode, or in the metal core of the electrode if the latter is provided with only a protective sheath (which possibly contributes to deoxidizing and scoring the solder joint) or may be partly in the metal core of the coated electrode and partly in the sheath (therein in the known form of alloys of iron, oxides or the like) when this sheath is intended. to contribute to the constitution of the alloy forming the solder joint.
Although, for descriptive reasons, the present invention has been based on the foregoing text, several modifications and additions may however be made in the aforesaid alloy, such as for example by the addition of titanium, in the above. percentage of 0.06% up to 2%, allowing, although in a much more limited way, improvements in tensile strength, structure and physical resistance due to molybdenum and vanadium; these modifications and others also to be considered as included within the object of the invention.
CLAIMS.
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